Conservação da massa

Queime 16.04 g de metano em 64.00 g de oxigênio e você obterá 44.01 g de dióxido de carbono e 36.03 g de água: 80.04 g antes e depois.

Uma tora pesa alguns quilogramas e, depois de queimar, as cinzas pesam muito menos. Um prego deixado ao ar livre fica mais pesado ao enferrujar. Por séculos, esses dois fatos deram a impressão de que a matéria podia desaparecer em algumas reações e surgir em outras. Nos dois casos, o erro era o mesmo: a balança não estava pesando os gases. Fumaça e dióxido de carbono saem do fogo, e oxigênio do ar se incorpora ao ferro.

Lavoisier e o recipiente fechado

Hoje, a regra é chamada de lei da conservação da massa, ou da matéria: não há mudança detectável na quantidade total de matéria quando um tipo de matéria se transforma em outro. Uma equação balanceada é a mesma lei escrita em átomos. Os átomos não são criados nem destruídos em uma reação química; portanto, se a contagem dos átomos coincide, as massas também precisam coincidir.

Dos átomos aos gramas

Para converter uma equação em massas, os químicos contam em mols. Um mol corresponde a 6.02214076 × 10²³ partículas, número fixado de forma exata no Sistema Internacional de Unidades. A massa de um mol de uma substância, sua massa molar, é a soma das massas atômicas de sua fórmula, em gramas. Com as massas atômicas da IUPAC de 1.008 para o hidrogênio, 12.011 para o carbono e 15.999 para o oxigênio, o metano CH₄ tem 12.011 + 4 × 1.008 = 16.043 g por mol, O₂ tem 31.998 g, CO₂ tem 44.009 g e H₂O tem 18.015 g.

Agora leia CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O em mols. Um mol de metano, 16.043 g, reage com dois mols de oxigênio, 63.996 g, totalizando 80.039 g. Os produtos são um mol de CO₂, 44.009 g, e dois mols de água, 36.030 g, cuja soma também é 80.039 g. Mova o controle de quantidade no laboratório e as duas colunas crescem juntas; os totais nunca se separam.

Por que recipientes abertos parecem contrariar a lei

Escolha carbonato de cálcio no laboratório. Com aquecimento intenso, 100.09 g dele se transformam em 56.08 g de óxido de cálcio e 44.01 g de gás dióxido de carbono. Em um recipiente fechado, a balança indica 100.09 g ao final. Com a tampa aberta, o gás escapa e a balança mostra apenas 56.08 g. Bicarbonato de sódio e vinagre se comportam da mesma forma, perdendo a massa das bolhas de dióxido de carbono. Com o estanho ocorre o contrário: em um recipiente aberto, ele incorpora oxigênio do ar e o sólido ganha massa, exatamente o que Lavoisier mediu. Em todos os casos, a massa que falta ou sobra é de um gás, e todos os átomos são contabilizados.